“海洋強國”戰略背景下的情境教學設計

摘 要：在“海洋強國”戰略背景下，本文以“海上風電和海洋牧場”為主題情境，進行“利用化學方程式的簡單計算”的教學實踐。通過解決真實情境中涉及的有關化學方程式的計算問題，引導學生自主構建利用化學方程式進行簡單計算的理論模型，初步建立應用化學反應的變化觀念和科學探究方法來解決實際問題的思路，體驗定量研究對于生產生活的重要性，增強社會責任感。

關鍵詞：真實情境；風電制氫；海洋牧場；化學方程式計算

文章編號：1008-0546（2024）11-0048-04

中圖分類號：G632.41

文獻標識碼：B

為貫徹《義務教育化學課程標準（2022年版）》（以下簡稱《新課標》）提出的“落實立德樹人根本任務”［1］，本課題以發展化學課程要培養的核心素養為主旨，以“海上風電和海洋牧場”為主題情境，引導學生從元素視角初步分析物質的變化，認識質量守恒定律對資源利用和物質轉化的重要意義，形成合理利用物質的意識，初步分析、解決一些與化學相關的簡單的實際問題，發展辯證唯物主義世界觀。

一、教學內容與教學現狀分析1. 教學內容

“利用化學方程式的簡單計算”屬于《新課標》學習主題4“物質的化學變化”中的內容，其中包括“物質的變化與轉化”“化學反應及質量守恒定律”“認識化學反應的思路與方法”“化學反應的應用價值及合理調控”等。本課題基于對質量守恒定律、正確書寫化學方程和理解化學計算等知識的學習，從“宏觀—微觀—符號”三個層面來理解化學反應，這是學生從定性研究向定量研究邁進的關鍵步驟。在“素養為本”的課程理念指導下，本課題旨在引導學生探究化學反應中各物質間的定量關系，找到化學方程式計算的依據與方法來解決實際問題，讓學生感受化學方程式計算的價值，體會定量研究對于人類社會發展的重要作用，從而促進核心素養的培養。［2］

2. 教學現狀分析

生活中的定量計算無處不在，但筆者在教學實踐中發現：化學計算是初中化學的重點和難點，學生往往對此感到枯燥乏味，而教師在教學中常過于重視如何進行計算，強調步驟的完整性、格式的規范性，忽略了計算的依據和定量計算的意義與價值。解讀《新課標》可知，計算的重點是建立在計算原理及各種量的關系的理解上，而不是單純的數學運算，教師要讓學生深入理解計算背后所蘊含的化學原理。

二、教學設計思路

針對上述傳統化學方程式計算內容上的不足，結合當前我國大力發展海洋經濟、加快建設海洋ceWimN5ZJNi0JAdPrV3wDg==強國的戰略需求，筆者以“利用化學方程式的簡單計算”為例，對海洋資源利用的相關情境進行結構化設計，

形成“海洋強國”戰略背景下的情境教學整體設計思路（見圖1），力求使情境與問題鏈串聯、統領具體的教學內容，促進學生核心素養的有效落實。

三、教學目標

筆者基于對教學內容和教學現狀的分析，結合教學設計思路，確立的教學目標如下。

（1）通過結合海洋資源綜合利用中有關物質制備、轉化的實際問題，認識化學反應計算的比例關系，建立利用化學方程式進行計算的一般思路和方法的思維模型。

（2）通過科學實驗探究，在解決真實問題中培養質疑能力、批判能力和創新意識，同時提升與他人分工協作、溝通交流、合作解決問題的能力。

（3）結合珠海本土相關情境，認識定量研究在生產生活中的廣泛應用，體會合理利用、調控化學反應的重要性，欣賞化學反應的社會價值，初步樹立資源循環使用、綠色環保的發展理念。

四、教學流程

1. 第1課時 珠海“碳”路，“氫”力“氫”為

（1）珠海“碳”路，御風而行。

［播放視頻］珠海特色減碳之路：金灣海上風電場實現全容量并網發電，每年減少二氧化碳排放約46萬噸。

［教師］為什么風力發電可以減少二氧化碳的排放？

［學生活動］課堂交流，了解海上風電的優勢和價值，感知科技成就。

［設計意圖］整合身邊的教學素材，將珠海風電場作為載體引入新課，有利于激發學生的求知欲。

（2）珠海“碳”路，乘風制“氫”。

［教師］珠海要試點探索風電制氫，并達到氫能供給能力每年3萬噸。如果要制取規劃里的一年3萬噸的氫氣，需要多少淡水？

［學生活動］寫出電解水的化學方程式，分析化學方程式的含義。

［教師活動］指導學生從宏觀、微觀以及質量比三方面進行研究，展示化學方程式中各種量的關系（見圖2）。

［設計意圖］體會化學計算源于生活，學會用化學的視角看世界，建立起宏觀現象、微觀解釋和符號表征三者之間的聯系。

［教師活動］示范完整的解題步驟，歸納書寫格式。

［師生共建］建立對概念、原理及量的關系的理解，能根據質量比不變列出比例關系進行計算。

［學生活動］歸納要點（解、設、寫、找、標、列、求、答）。

［教師］通過定量計算，可以加強生產的計劃性，有利于合理利用資源，避免浪費。

［設計意圖］結合真實情境，認識化學反應計算的比例關系，自主建構利用化學方程式計算的思維模型。利用計算格式的規范化，培養學生嚴謹的科學態度。

（3）珠海“碳”路，“氫”力“氫”為。

［教師］制取氫氣有什么重要意義？

［學生］可以用來驅動汽車、火箭；綠色、環保，減少CO2的排放。

［新聞素材］航天新進展：2021年9月，我國自主研制的首套產量達到噸級的氫液化系統調試成功，并實現了連續穩定生產。這意味著今后我國的運載火箭將可以使用國產液氫作為燃料。

［教師］如果要滿足2 t的液氫完全燃燒，理論上要在火箭發動機中裝入液氧的質量是多少？

［學生活動］仿照例題進行計算。

［教師活動］引導學生先自評分數，再組內共同討論、互相評分，充分表達交流，對比前后差異。

［學生活動］展示典型作業，共同批改并訂正。

［設計意圖］小組研討組內其他同學的各種問題，養成正確的審題習慣和書寫規范，形成嚴謹的做題態度。學生通過計算過程體驗定量研究對于生產生活的重要性，增強社會責任感。

［新聞素材］二氧化碳可以轉化成甲醇、汽油（液體燃料）和淀粉，實現變廢為寶和資源化利用。近期，我國科研團隊合成了一種新型催化劑，可將二氧化碳和氫氣高效轉化為甲醇和水。

［教師］請寫出上述新聞素材中反應的化學方程式，計算11t的CO2理論上可轉化為甲醇的質量是多少？

［學生活動］思考并獨立完成陌生方程式的書寫和化學方程式的簡單計算。

［設計意圖］通過信息的讀取，練習化學方程式的書寫；通過計算，加深對本課內容的認識，知道任一物質的質量，可求出其他物質的質量，認識質量守恒定律對資源利用和物質轉化的重要意義。

2. 第2課時 珠海“碳”路，“鈣”世“蠔”情

（1）美麗珠海，“蠔”的價值。

［播放視頻］珠海“蠔”情。

［教師］蠔殼的主要成分是什么？

［學生］碳酸鈣（CaCO3）。

［設計意圖］利用珠海本土資源為背景，創設真實情境，激發學習興趣。

（2）像科學家一樣探究。

［資料卡片］①CaCO3＋2HClCaCl2＋H2O＋CO2↑。②鹽酸是氯化氫和水的混合物。③氯化鈣易溶于水。

［教師］請結合資料中的信息，設計實驗測定2.5g蠔殼中碳酸鈣的含量。

［學生］可根據2.5g蠔殼與鹽酸反應產生的氣體質量來計算碳酸鈣的質量。

［教師］加入鹽酸的量有沒有要求？如果少了會導致什么問題？

［學生］加入的鹽酸必須足量，才能與蠔殼粉中的碳酸鈣完全反應。如果加少了，會導致產生的二氧化碳偏少，計算結果偏小。

［教師］實驗過程中如何判斷加入的酸已經足量？

［學生］當再次加入鹽酸一段時間后，電子天平的示數不再發生改變，證明酸已經足量。

［教師活動］引導學生進行實驗探究，記錄實驗數據。

［學生活動］動手操作，觀察實驗現象，并記錄實驗數據。根據實驗結果繪制出裝置及剩余物質的質量與反應時間關系圖。

［教師］請同學們依據表格和圖像的數據，計算生成二氧化碳的質量和蠔殼粉中碳酸鈣的質量分數，在導學案上寫出具體的計算過程。

［小結］圖表的化學方程式的計算相關注意事項如下：①注重分析表格或圖像中的數據變化原因（如產生氣體使質量減少，反應停止則質量不再改變）。②利用數據找出某種純凈物的質量并利用化學方程式進行簡單計算。

［設計意圖］經歷科學探究，增強實踐能力，形成化學觀念，解決實際問題，體會化學計算來源于生活以及化學與生活的密切聯系，初步了解計算在科學實驗和工業生產中的意義。

（3）像工程師一樣預算。

［教師］蠔殼中含有大量碳酸鈣，對廢棄蠔殼資源化利用的有效途徑之一是高溫煅燒蠔殼，生產主要成分為氧化鈣的建筑材料，發生反應的化學方程式是：CaCO3 高溫 CaO＋CO2↑。某工廠回收100 t蠔殼進行煅燒，基于前面蠔殼中碳酸鈣含量的計算結果，理論上可生產氧化鈣的質量是多少？同時得到二氧化碳的體積為多少？（二氧化碳的密度為1.997g/L）

［學生活動］學生思考、練習，在導學案上計算并展示結果。

［小結］有關雜質的化學方程式的計算相關注意事項如下：①利用化學方程式進行計算，必須選擇純凈物的質量用于計算，如果涉及混合物的質量則需要換算為純凈物質量。②計算的依據是質量守恒定律，體積是不守恒的，要換算為質量。

（4）像決策者一樣思考。

［資料卡片］2021年《廣東省海洋經濟發展“十四五”規劃》表示，要建設可持續性海洋牧場等重要海岸帶生態系統，發揮浮游植物、藻類和貝類等生物的固碳功能，試點研究生態漁業的固碳機制和增匯模式。由于近海水產養殖大量占用灘涂濕地且因密度過大造成海域污染的問題，需要規范和清理近海海水養殖。這就意味著海水養殖開發的下一片“高地”將推到與風電相近的地區。［3］

［教師］蠔殼中碳的來源是什么？養蠔能固碳的原因是什么？蠔與海洋經濟發展、生態環境之間有什么聯系？

［學生活動］了解海洋養殖業具有固碳作用；從化學的視角分析“海上風電和海洋牧場”新型海洋經濟生態圈的戰略性意義。

［設計意圖］在真實問題情境中養成科學態度，樹立環境保護的意識，增強社會責任感。

五、板書設計

本節課的板書設計如圖3所示。板書將兩課時的內容有機串聯，從依據、步驟和價值三方面進行總結，有助于學生構建利用化學方程式進行簡單計算的一般思路和方法。

六、結論與展望

本課題主要以利用珠海豐富的海洋資源為背景創設真實情境，依托風電制氫、蠔殼中碳酸鈣含量的測定實驗、廢棄蠔殼的工業再利用與產量預算等實踐活動，幫助學生認識“量”的重要性。根據實驗收集數據，將理論計算與化學實驗相結合。學生經歷“像科學家一樣探究—像工程師一樣預算—像決策者一樣思考”的過程，提升分析解釋、說明論證和推論預測等能力，建立利用化學方程式進行計算的一般思路和方法的思維模型，培養學生科學探究、科學態度與社會責任的核心素養。這樣的課堂模式可以靈活變通地推廣到初中化學其他內容的學習中，提高教學的整體效率，為發展學生的化學核心素養提供支持。

參考文獻

［1］中華人民共和國教育部.義務教育化學課程標準（2022年版）［M］.北京：北京師范大學出版社，2022.

［2］崔廣瑾.基于真實問題解決的計算教學——以“利用化學方程式的簡單計算”為例［J］.化學教與學，2022（5）：51-55.

［3］張嘉祺，王琛，梁發云.“雙碳”背景下我國海上風電與海洋牧場協同開發初探［J］.能源環境保護，2022（5）：18-26.

基金項目：本文系珠海市教育教研“十四五”規劃第二批（2022年度）立項重點課題“挖掘珠海鄉土資源，優化基于‘真實問題情境’的初中化學教學設計與研究”（2022ZHGHKTZ10）的階段性研究成果。